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TVTrascrizione
00:11Buongiorno a tutti i telespettatori di classe MCI e benvenuti all'interno del nostro approfondimento
00:15dedicato ai computer quantistici, quantum space, caro Pierpaolo Marturamo, quantum tempo.
00:23Buongiorno Emmerich, buongiorno a tutti.
00:26Come va? Tutto bene?
00:27Tutto bene.
00:27Come hai andato al Salone del Libro?
00:29Ottimo, è stata un'esperienza molto interessante.
00:32Lo stand di Coremetrics?
00:35Sì, è andato molto bene, abbiamo attirato un sacco di interessati al quantum computing.
00:39Veramente?
00:40Sì, sì, assolutamente.
00:41Le robe tue sono tutte super ipertecniche, c'è tanta gente interessata.
00:45Sì, sì, sì, abbiamo attirato un pubblico selezionato, diciamo così.
00:49Immagino, immagino.
00:51Va bene, sono contento, dai.
00:52Ho pubblicizzato anche quantum space, perché ovviamente prima di tutto...
00:58Pierpaolo Marturano, Coremetrics, il nostro specialista del quantum computing.
01:03Questo oggi, continuiamo con il nostro verticale.
01:06Cosa vuol dire verticale?
01:07Che noi all'interno di questo approfondimento parliamo soltanto di computer quantistici
01:11e l'abbiamo fatto, abbiamo cominciato un tipo da zero, da infarinatura generale, proprio così,
01:15fino ad arrivare a utilizzare il quantum computing.
01:19Prima o poi arriverai a scrivere il codice per usarlo.
01:23Anche perché i soldi sono arrivati, eh, l'amministrazione.
01:26Eh, già è vero.
01:27Hai visto quello che è successo?
01:28Sì, assolutamente sì.
01:29Quantum.
01:30Sì, è andato fatto una bene.
01:31Un miliardo per il nostro...
01:33Amico Mattei.
01:35Mattei.
01:35Adesso la prima volta che lo incrociamo gliela chiediamo.
01:38E quindi vuol dire che comunque c'è interesse.
01:41No, l'interesse c'è e sappiamo benissimo che, insomma, in prospettiva è una tecnologia importante.
01:47Oggi...
01:48Oggi però dobbiamo parlare di limiti.
01:52Esatto.
01:53Perché è sempre bene inquadrare correttamente dove siamo e cosa stiamo facendo.
01:59Allora, nell'ultima puntata abbiamo visto i principi di base che fanno funzionare, diciamo,
02:04i computer quantistici, quindi la sovrapposizione, l'interferenza, l'entanglement...
02:10L'entanglement che dobbiamo rivedere.
02:11Che dobbiamo rivedere, che l'abbiamo fatto molto veloce e in diretta dal salone.
02:15Un risparmio, sì, assolutamente.
02:17Però, visto che l'argomento entanglement è veramente importante nel quantum...
02:21Sì, assolutamente, perché è l'entanglement che dà lo speed up esponenziale a diversi algoritmi,
02:26tra cui quello famoso di Shor per l'RSA 2048.
02:31Quello di cui abbiamo parlato fino adesso è sempre stato il qubit, diciamo, quello teorico.
02:37Noi in realtà abbiamo a che fare con dei qubit fisici, che poi vedremo più avanti come vengono costruiti,
02:44perché anche quello, insomma, lo vedremo nel dettaglio.
02:47Però, purtroppo, i qubit fisici che abbiamo oggi sono soggetti ad errori.
02:54Questo è una problematica che abbiamo...
03:00Cioè, il qubit fisico in realtà l'errore ce l'avrà sempre, ok?
03:05Il problema è trovare il modo per compensarlo, questo errore più corretto.
03:10Sei nemici dei qubit.
03:12Esatto.
03:12Vediamo.
03:13Hai visto?
03:14Calore.
03:15Esatto.
03:15Quello abbiamo già parlato del...
03:17Quello abbiamo già detto tante volte che i qubit li dobbiamo raffreddare per diminuire l'agitazione atomica,
03:25quindi fermarli sostanzialmente perché...
03:27Li congeliamo.
03:28Esatto, più o meno, quasi, sai, sono più che congelati.
03:3315 millichelvin sono cento volte più freddo nello spazio profondo, quindi direi che...
03:38Vecchio freddo.
03:39Esatto.
03:39Onde elettromagnetiche.
03:41Esatto.
03:41E questo è importante perché col sole, le cose...
03:44Esatto, ma non solo, cioè, noi siamo circondati, siamo immersi nelle onde elettromagnetiche,
03:48i nostri telefoni cellulari.
03:50Siamo veramente, cioè...
03:52Inquinamento.
03:53Il mio microfono che trasmette wireless in questo momento.
03:56Viste che io non lo faccio, diceva chi fa.
03:58Quindi di onde elettromagnetiche, perfino i cavi di controllo in laboratorio, no?
04:03Possono emettere fotoni, no?
04:05E quindi chiaramente quelli disturbano.
04:07Le vibrazioni meccaniche, questa è una cosa simpaticissima per modo di dire, nel senso
04:12che...
04:13Quindi nel quantum è simpaticissima.
04:15I signori che lavorano nei laboratori di IBM e di Google possono raccontare che a vista
04:21quando vedono, sentono passare un camion, quel camion lì è un disastro perché produce
04:26errori nella computazione quantistica, sì, quindi si sono dovuti inventare dei meccanismi
04:31per isolarli meccanicamente dalle vibrazioni.
04:35Un altro problema che, cioè, cioè, c'è praticamente un disastro.
04:39I raggi cosmici.
04:40Eh, i raggi cosmici sono iperpervasivi, anche noi in questo momento siamo attraversati
04:45da raggi cosmici, a noi non fanno nulla.
04:48È stato dimostrato in un paper di Google proprio che questi raggi cosmici sostanzialmente
04:54devastano la computazione quantistica, quindi vanno protetti in modo tale che anche particelle
05:00molto evasive, tipo i muoni, no?
05:02Che sono partice...
05:03Muoni.
05:04Muoni?
05:05Muoni, sì, sì, sì.
05:07Sono particelle cosmiche, molto evasive, quindi difficilissime da rilevare, ma quando arrivano
05:13dentro i nostri apparati quantistici si fanno sentire assolutamente.
05:19Cross-talk.
05:20Cos'è il cross-talk?
05:21Quando, siccome abbiamo già detto che nei laboratori noi inviamo dei segnali per controllare
05:27i qubit, per metterli in sovrapposizione, per operare i famosi gate, cioè le operazioni sui
05:32qubit, quando noi cerchiamo di controllare un qubit, quello che può succedere è che
05:38quel segnale per errore, diciamo, contamina, diciamolo in modo semplice, il qubit accanto
05:46o i qubit che sono accanto.
05:48Quindi c'è un problema che viene generato dal fatto che noi stiamo cercando di controllare
05:54un qubit, ma quel segnale si espande agli altri qubit.
05:58Esatto, creando chiaramente dei problemi ovvi purtosto.
06:03E poi i difetti dei qubit?
06:04Nei materiali, certo, soprattutto nei qubit quelli che costruiamo noi, quindi i qubit
06:10superconduttivi, faccio sempre il classico esempio che sono come le ciambelle che sono
06:16tutte diverse, cioè se tu vai dal palettiere le ciambelle sono tutte diverse, quindi i qubit
06:22purtroppo sono così e quindi anche piccoli difetti costruttivi mostrano una dinamica di
06:28funzionamento del qubit completamente diverso e quindi anche, diciamo, una sensibilità
06:33o meno all'errore.
06:35Quindi non c'è solo la cosa di costruire i qubit, ma c'è anche da costruire l'ecosistema
06:39adatto a questi che facciamo.
06:41Eh, certo, perché questi, come abbiamo detto, poi lo vedremo meglio quando parleremo
06:46dell'hardware, ognuna delle varie tecnologie utilizza stratagemmi ingegneristici per proteggere
06:52questi stati quantistici, che sono piuttosto delicati, come abbiamo potuto capire.
06:57Allora, io qua pensavo, penso, pensavo che ci fosse un errore, però conoscendoti ho detto
07:02prima che cambio qualcosa, decoerenza.
07:06Sì, esatto.
07:06È giusto?
07:07Esatto.
07:08Quindi, quando, che cosa succede? Quando un qubit che è stato messo in stato di sovrapposizione
07:16perde lo stato di sovrapposizione, significa che è entrato in uno stato di decoerenza.
07:23Ah, ok, non è più, diciamo, sovrapposto al lineare.
07:26Quindi si è persa, diciamo, la sua, tra virgolette, magia guantistica, diciamola così,
07:32in modo colloquiale. Quindi questo tempo, c'è un tempo, ci sono due parametri che i fisici utilizzano,
07:39questa è una cosa importante, diciamo, andiamo a raccontare cose complicate, no, serve anche
07:44a leggere un po' le notizie che anche gli investitori leggono quando, non so, IBM, Google,
07:52Quantilum, eccetera, ha tirato fuori un nuovo qubit, così, c'è una macchina da mille qubit
07:58o numeri tirati a caso. Il problema non sono mai il numero dei qubit, dobbiamo concentrarci
08:04invece sulla qualità del qubit.
08:06Sulla loro qualità.
08:07Ok, come facciamo a capire la qualità del qubit? Ci sono diversi parametri. Partiamo
08:11da questi due, che sono il T1 e il T2, visto che qui nella slide è rappresentato proprio
08:17il T2. Qua è il T2, giusto? Sì, però allora intanto un accenno al T1, il T1 è praticamente
08:23il tempo oltre il quale praticamente il qubit, dallo stato eccitato, va a riposo, ok? Quindi
08:30quello è come se si rilassasse, un tempo di rilassamento, ok? Quindi si chiama proprio
08:36così. Mentre il T2 è un parametro che ci dice quanto tempo il qubit resta in stato coerente,
08:44cioè per quanto tempo è in grado di mantenere la fase, non perde la fase, perché se ti ricordi
08:50sì esatto, perché se tu ti ricordi il qubit l'abbiamo rappresentato con quella sfera
08:55matematica, la sfera di Locke, ok? I vettori di stato hanno degli angoli, quindi delle fasi
09:02eccetera. La decoerenza distrugge, ci fa perdere l'informazione dell'angolo su cui è orientato
09:09il vettore su questa sfera, ok? Quindi quanto tempo più alto è il tempo di coerenza? Vuol dire
09:15che per più tempo il qubit è utile in sostanza a noi, detta così in modo più facile, ok?
09:23Qualcuno vorrebbe capire quali sono i tempi magari di coerenza che abbiamo oggi, quindi i parametri
09:28che dobbiamo andare a guardare. Allora, attualmente la famiglia, prendiamo il caso di BM, questa
09:36famiglia di processori Aeron hanno un tempo di coerenza di 200 microsecondi, quindi questo
09:42che vuol dire che dopo 200 microsecondi la magia quantistica è svanita, ok? Perdonatemi
09:48uso della parola magia, però era per semplificare per i telespettatori chiaramente. Nel caso
10:00di Willow, che è quanto un computer ha sempre superconduttori, quindi stessa tecnologia di
10:05BM e di Google, siamo sui 60 microsecondi, quantinum un secondo, quindi uno guardando questi
10:13dati dicono, oh cavolo, quantinum, cioè un secondo, vuol dire che resta per tanto tempo
10:19in stato coerente. E in effetti sì, la tecnologia degli ioni intrappolati, perché quantinum è
10:26come IonQ, quindi lavora con gli ioni intrappolati, il tempo in cui quel qubit resta in uno stato
10:32usabile per i nostri calcoli è più lungo, però ovviamente siccome come al solito c'è
10:39qualche problema, allora dobbiamo, non basta soltanto questa informazione, ok? Noi una volta
10:47che abbiamo il qubit in stato coerente, che ce ne facciamo? Dobbiamo operare dei calcoli,
10:52i calcoli... E velocemente anche, perché se no... Operare dei calcoli, questi calcoli come
10:58vengono fatti? Eseguendo delle operazioni su questi qubit, quindi su quella famosa sfera
11:04di bloc, sì sono delle rotazioni, eccetera, per esempio sono quelle. Tutte le operazioni
11:10che vengono eseguite sui qubit vengono chiamate gate, in termine tecnico, quindi è una parola
11:16da conoscere. Dovremo assimilare la gate. Esatto. Quindi, quanto tempo, la domanda da farsi
11:23è questa, quanto tempo ci mettiamo a eseguire un gate? Perché ovviamente questo è... e quindi
11:29dato questo tempo, quanti gate possiamo eseguire prima che la magia scompaia, ok? Quindi ovviamente
11:38per sapere fare questo dobbiamo sapere, in base alla tecnologia, quanto tempo è necessario
11:44l'esecuzione di un gate? Perché un conto se lo facciamo sui qubit superconduttivi, un conto
11:49se lo facciamo sull'ion intrappolato, sui fotoni, sugli atomi neutri, ognuno ha un tempo
11:54differente, ok? Quindi sostanzialmente, cioè quello è il primo parametro da sapere.
12:01Stiamo parlando di microsecondi, ok? Quindi siccome l'ordine di grandezza sono, scusate,
12:08nanosecondi, volevo dire nel caso di IBM, stiamo parlando di gate superconduttivi, quindi
12:13nanosecondi, l'ordine di grandezza di esecuzione del gate. Quindi se per esempio il gate a due
12:19qubit, che è quello che serve per mettere in entanglement, richiede 70 nanosecondi, basta
12:26fare una semplice divisione per capire quanti gate riusciamo a eseguire prima che scompaia
12:32questa famosa magia quantistica, ok? 2800 gate, 1700, 1300, se non lo vediamo nella storia.
12:40Ebbè è ovvio, perché vuol dire che più riusciamo a calcolare. Per operazioni utili abbiamo
12:47bisogno chiaramente di profondità circuitali, scusate la parola, vuol dire che sequenza di
12:57gate, no? Ok? Quindi il circuito quantistico, che sarebbe l'algoritmo quantistico, ok?
13:03Circuito e algoritmo sono sinonimi nel mondo quantistico, ok? E il numero di gate consecutivi
13:11che io riesco a eseguire. Chiaramente più è complesso l'algoritmo quantistico che devo
13:15eseguire, più gate in sequenza io devo eseguire. E quindi se ho solo 200 microsecondi per eseguire,
13:23è ovvio che questo parametro mi limita la complessità del calcolo che io posso fare.
13:29Ecco perché oggi siamo in una situazione per cui, per esempio, l'RSA 2048, il famoso algoritmo
13:37di Shore che cracca l'RSA 2048, non riusciamo a eseguirlo su numeri di interesse da 2000 cifre
13:44in termini di bit perché non abbiamo il tempo sufficiente per eseguire. Quindi qual è la
13:52problematica che va risolta? Assolutamente. Tanto per avere un ordine di grandezza prima
14:01di parlare della problematica, nel caso dell'RSA stiamo parlando di una richiesta di tra i
14:08100 e i 1000 miliardi di gate da eseguire per craccare la criptografia. Ah, fischia, allora
14:13ce ne abbiamo ancora da lavorare. Ok, quindi per questo ce ne è da lavorare. È giusto
14:17per inquadrare numericamente un po' tutte le cosette che abbiamo raccontato nelle puntate
14:22precedenti. Ma ci sarà poi un momento sorpassato il quale che arriviamo magari a un milione e poi
14:26è tutto fatto? Allora, il discorso è migliorare progressivamente la qualità del qubit, quindi
14:35ogni volta che verrà fatto un annuncio, questo è un invito anche ai potenziali investitori
14:40sulle aziende quotate. Siamo qua per questo. Esatto, cioè non guardare solo macchina da
14:46mille qubit, che facciamo finta che sia così, vado a guardare sul sito web dove pubblichano
14:54i dati. Qual è il T1 e il T2 di queste? Perché con questi parametri qui almeno dice
15:00fa meglio di BM, peggio di Quantinum, ok? Sono dei parametri che dice, ah ok, allora
15:07vuol dire che stiamo accelerando e ci stiamo avvicinando al fall tolerant, perché se i qubit
15:12sono molto buoni vuol dire che riusciremo a fare l'error correction in cui parliamo tra
15:18un pochino insomma per essere chiari. Chiaramente le problematiche di errori non si verificano
15:26in tante situazioni, volevo soltanto sottolineare questo, si verificano sia sul singolo qubit
15:33e possono essere di vario tipo, sia sulla gate a due qubit che abbiamo capito è fondamentale.
15:41Per esempio, diamo dei numeri per contestualizzare questo, per esempio sui gate a singolo qubit
15:49diciamo sono diventati abbastanza buoni, perché l'errore tipico è dello 0,05% più o meno
15:57attualmente, quindi vuol dire che abbiamo un errore ogni 2000 operazioni, più o meno tanto
16:02per contestualizzare. Quindi non dico che possiamo classificarlo come problema risolto, perché
16:08ovviamente lo miglioriamo, però ci siamo molto vicini. Il problema è molto peggio sul
16:13gate a due qubit, purtroppo, che è fondamentale, senza entanglement niente potenza esponenziale
16:20di calcolo, giusto per ricordare. Siamo a 0,5% come tasso di errore, quindi 10 volte peggio,
16:29quindi vuol dire che noi abbiamo un errore ogni 200 operazioni, non ogni 2000, quindi questa
16:36cosa è molto grave, va risolta e quindi è uno dei temi su cui si sta lavorando, perché
16:42ne abbiamo assolutamente bisogno, non solo, ma attenzione, quando io vado a fare il readout,
16:47cioè la lettura finale del qubit per estrarre l'informazione utile, anche nella lettura ci
16:53sono errori. Esatto, quindi la lettura a tassi di errore intorno all'1%. Addirittura? Esatto,
17:06volevo darsi notizie cattive, però questi sono numeri. Già, faccio più errori solo quando
17:11leggo il risultato finale. Esatto, quindi tutto questo mondo qui, tutti questi aspetti
17:20sono sempre da considerare quando sentiamo i famosi annunci. Noi dovremmo arrivare, per
17:28cominciare a essere in una situazione ottimale, dobbiamo avere almeno una soglia di un errore
17:34ogni 10.000 gate, qua ne stiamo parlando uno ogni 200, quindi giusto per fare un paragone.
17:40Ovviamente dobbiamo cercare di andare anche oltre questo un errore ogni 10.000, quindi
17:45deve essere anche molto meglio, però quello è già un limite oltre il quale otteniamo
17:51un vantaggio pratico. No, no, ho capito. Ora però mi devi dire, mi hai presentato i problemi
17:57e io voglio le soluzioni. Come si combatte il rumore? Ecco, il rumore si combatte in due
18:02modi. Uno con la mitigazione dell'errore che non è una correzione d'errore. Che cos'è
18:07la mitigazione d'errore? Che è quella che oggi viene utilizzata. Lo minimizzi?
18:12Allora ti spiego subito, cioè noi oggi abbiamo questi qubit rumorosi, questi qubit rumorosi
18:20dobbiamo farli funzionare lo stesso. Quindi statisticamente cosa è stato fatto? È stato
18:24visto come si comportano, la loro dinamica e quindi l'errore viene in qualche modo compensato,
18:30rimosso a posteriori, ok? In modo statistico. Quindi questa è raccontata alla veloce, chiaramente.
18:36Ah beh, no, ma tutto quello che facciamo... Però, diciamo, si può dire qualcosina in più
18:40su quello. L'error correction invece è il nostro punto d'arrivo vero, quello per arrivare
18:45ai famosi fault tolerant, quantum computer, quelli del 2029, 2030, eccetera. E come si fa
18:52a fare un qubit logico? Perché quello di cui abbiamo parlato oggi è il qubit fisico
18:57soggetto a errori. Per fare un qubit logico io devo prendere l'informazione quantistica
19:02e, per dirla sempre in modo colloquiale, spargerla su più qubit fisici, ok? Quindi questo è
19:10il meccanismo che si chiama error correction. Chiaramente ci sono varie tipologie di error
19:15correction e il numero dei qubit fisici è in progressiva diminuzione, sono stati fatti
19:21tante, insomma, innovazioni da questo punto di vista, per ridurre il numero di qubit fisici
19:27necessari a creare un qubit logico. Sia Google che IBM hanno, speriamo, in laboratorio chiaramente
19:34ottenuto dei qubit 1 barra 2, qubit logici, però chiaramente il problema serio è riuscire
19:40a far scalare questa cosa a centinaia di migliaia, a milioni magari di qubit logici per avere
19:48la simulazione molecolare farmaceutica spettacolare, per esempio, ok? Quindi piano piano è un processo
19:56a cui si arriverà. Per questo, se si vanno a vedere la famosa roadmap di IBM che abbiamo
20:02citato più volte, se andiamo a vedere oltre 2030, chi la va a consultare sul website vedrà
20:08che si parla di milioni di qubit fisici, perché i milioni di qubit fisici servono a creare
20:13i qubit logici, perché serve appunto a spargere l'informazione quantistica su più qubit fisici.
20:21Chiaramente è ovvio che più migliora la qualità dei qubit fisici, più si abbassa la soglia
20:27del numero di qubit che servono per realizzare i qubit logici, ok? Questo più o meno a livello
20:34di intuizione mi sembra abbastanza... Ci fermiamo qua? Sì, direi di sì. Poi nelle prossime
20:41puntate vedremo la tecnologia fisica per costruire i qubit così almeno. Oh, questo mi piace,
20:47questo entriamo, usciamo un po' dalla didattica. Quindi mi raccomando tutti quanti guardate
20:53sempre il T1 e il T2. No, anche quantum space. Allora, chiaramente tutti i temi che trattiamo
21:02all'interno di questo approfondimento sono temi abbastanza specifici, cerchiamo di parlarne,
21:06almeno Pierpaolo, io assisto soltanto Pierpaolo, cerchiamo di parlare il più semplice possibile.
21:11Possono però i nostri telespettatori rivedersi con calma alla puntata, c'è il sito quantum-space.it
21:18dove tra l'altro tu linki anche le puntate. E carico anche un sacco di materiale d'approfondimento
21:23per chi vuole entrare più nel... Quindi insomma avete tutti gli elementi per entrare in questo
21:28fantastico mondo del quantum computing. Giusto. Andata. Pierpaolo Marturano, Coremetrics,
21:32grazie mille Pierpaolo. Saluti a tutti. E veniamo qui in nostro approfondimento sul mondo
21:36quantum. Grazie a tutti per l'attenzione e rimanete su Classi ABC.
21:48Grazie a tutti.
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